Abstract
In this paper, a 3.2Gb/s clock and data recovery (CDR) circuit for a high-speed serial data communication without the reference clock is described This CDR circuit consists of 5 parts as Phase and frequency detector(PD and FD), multi-phase Voltage Controlled-Oscillator(VCO), Charge-pumps (CP) and external Loop-Filter(KF). It is adapted the PD and FD, which incorporates a half-rate bang-bang type oversampling PD and a half-rate FD that can improve pull-in range. The VCO consists of four fully differential delay cells with rail-to-rail current bias scheme that can increase the tuning range and tuning linearity. Each delay cell has output buffers as a full-swing generator and a duty-cycle mismatch compensation. This materialized CDR can achieve wide pull-in range without an extra reference clock and it can be also reduced chip area and power consumption effectively because there is no additional Phase Locked- Loop(PLL) for generating reference clock. The CDR circuit was designed for fabrication using 0.18um 1P6M CMOS process and total chip area excepted LF is $1{\times}1mm^2$. The pk-pk jitter of recovered clock is 26ps at 3.2Gb/s input data rate and total power consumes 63mW from 1.8V supply voltage according to simulation results. According to test result, the pk-pk jitter of recovered clock is 55ps at the same input data-rate and the reliable range of input data-rate is about from 2.4Gb/s to 3.4Gb/s.
본 논문은 별도 기준 클록 없이 고속 시리얼 데이터 통신을 위한 3.2Gb/s 클록 데이터 복원(CDR) 회로를 설명한다. CDR회로는 전체적으로 5부분으로 구성되며, 위상검출기(PD)와 주파수 검출기(FD), 다중 위상 전압 제어 발진기(VCO), 전하펌프(CP), 외부 루프필터(LF)로 구성되어 있다. CDR회로는 half-rate bang-bang 타입의 위상 검출기와 입력 pull-in 범위를 늘릴 수 있도록 half-rate 주파수 검출기를 적용하였다. VCO는 4단의 차동 지연단(delay cell)으로 구성되어 있으며 튜닝 범위와 선형성 향상을 위해 rail-to-rail 전류 바이어스단을 적용하였다 각 지연단은 풀 스윙과 듀티의 부정합을 보상할 수 있는 출력 버퍼를 갖고 있다. 구현한 CDR회로는 별도의 기준 클록 없이 넓은 pull-in 범위를 확보할 수 있으며 기준 클록 생성을 위한 부가적인 Phase-Locked Loop를 필요치 않기 때문에 칩의 면적과 전력소비를 효과적으로 줄일 수 있다. 본 CDR 회로는 0.18um 1P6M CMOS 공정을 이용하여 제작하였고 루프 필터를 제외한 전체 칩 면적은 $1{\times}1mm^2$이다. 3.2Gb/s 입력 데이터 율에서 모의실험을 통한 복원된 클록의 pk-pk 지터는 26ps이며 1.8V 전원전압에서 전체 전력소모는 63mW로 나타났다. 동일한 입력 데이터 율에서 테스트를 통한 pk-pk 지터 결과는 55ps였으며 신뢰할 수 있는 입력 데이터율 범위는 약 2.4Gb/s에서 3.4Gb/s로 나타났다.
